CN107556036B

CN107556036B - 保温板及其制备方法

Info

Publication number: CN107556036B
Application number: CN201710815751.2A
Authority: CN
Inventors: 童裳慧
Original assignee: Zhongjing Blue Industrial Group Co ltd
Current assignee: Zhongjing New Materials Co.,Ltd.
Priority date: 2017-09-12
Filing date: 2017-09-12
Publication date: 2020-04-24
Anticipated expiration: 2037-09-12
Also published as: CN107556036A

Abstract

本发明公开了一种保温板及其制备方法。该保温板以无机材料为主要成分，并且采用包括如下组分的原料制得：水泥100重量份，石墨烯1～7重量份，水30～100重量份，纤维2～10重量份，发泡剂4～10重量份，稳泡剂1～5重量份，早强剂0.5～1.5重量份，和减水剂0.1～2重量份。本发明的保温板的综合性能得到进一步提高。

Description

保温板及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种保温板及其制备方法，尤其是一种外墙保温板及其制备方法。

背景技术

随着我国基础设施建设的高速发展，建筑材料的节能性要求逐渐提高。外墙保温系统可以使得室内温度变化缓慢，室内热环境较为稳定，从而提高环境舒适度。

外墙保温板分为有机保温板和无机保温板。有机保温板包括聚苯板(EPS)、挤塑板(XPS)等，其保温效果好，质量轻，成本低廉。但是，EPS、XPS等有机保温板易变形，长时间在冷热环境下热胀冷缩，导致板材开裂，吸水率升高，保温效果变差。另外，在具有憎水性的有机保温板表面抹灰，导致粘结强度受环境的影响严重，易出现砂浆开裂、脱落、空鼓等问题。此外，EPS、XPS等有机保温板为易燃材质，容易引发火灾。与之相反，无机保温板的阻燃性强，防火等级高，不易变形，使用寿命长，而且可以充分利用工业废弃物，实现循环再利用，符合环保要求。

一方面，常用的发泡水泥类保温板性价比较高，市场应用前景广阔，但是强度不够高；并且与有机保温材料相比，其保温隔热性稍差。

另一方面，石墨烯是一种纯碳原子组成的超薄纳米材料，具有超大的比表面积，其层状结构赋予其具有优越的反射红外线性能、卓越的力学性能和机械性能。CN106280264A公开了一种具有优异力学性能的外墙板保温材料，包括：可发性聚苯乙烯30～60重量份，聚氨酯改性环氧树脂25～35重量份，有机硅改性酚醛树脂35～45重量份，改性石墨粉8～12重量份，双三丁基酚聚氧乙烯醚1.5～2.5重量份，环氧大豆油3～4重量份，云母粉4～8重量份，石墨烯纳米片8～12重量份，硅酸钙6～10重量份，氧化铝2～4重量份，硅酸钠3～5重量份，氧化镁2～3重量份，煅烧陶土4～12重量份，磷酸1.5～2.5重量份，对甲磺酸1.5～2.5重量份，物理发泡剂2～3重量份，水35～55重量份。但是上述材料的主要成分为高分子材料，形成的是有机保温板。这导致该材料的阻燃性能较差、力学强度也不高。

显然，石墨烯的使用方式对于其性能的充分发挥是至关重要的。目前仍然缺少具有更好保温隔热性和更高强度的保温板。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种保温板，其具有更好的保温隔热性和更高的强度。

本发明的另一个目的在于提供一种保温板的制备方法，其利于工业规模化生产，并能够获得更好保温隔热性和更高强度的保温板。

本发明提供一种保温板，该保温板以无机材料为主要成分，并且采用包括如下组分的原料制得：

水泥100重量份，

石墨烯1～7重量份，

水30～100重量份，

纤维2～10重量份，

发泡剂4～10重量份，

稳泡剂1～5重量份，

早强剂0.5～1.5重量份，和

减水剂0.1～2重量份。

根据本发明的保温板，优选地，该板材采用包括如下组分的原料制得：

水泥100重量份，

石墨烯5～6重量份，

水50～80重量份，

纤维5～8重量份，

发泡剂6～9重量份，

稳泡剂2～5重量份，

早强剂0.6～0.8重量份，和

减水剂0.5～1重量份。

根据本发明的保温板，优选地，所述石墨烯的纯度不小于98％，宽度小于等于15μm，厚度为1～3nm。

根据本发明的保温板，优选地，所述水泥选自硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥、磷酸盐水泥中的一种或多种；所述纤维选自石膏纤维、木质纤维、纤维素纤维、聚丙烯纤维、玻璃纤维或石棉纤维中的一种或多种；所述发泡剂选自双氧水、碳酸氢钠、碳酸铵、偶氮甲酰胺或偶氮二异丁腈中的一种或多种；所述稳泡剂选自硅酮酰胺、十二烷基二甲基氧化胺、烷基醇酰胺、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、纤维素、蛋白质中的一种或多种；所述早强剂选自氯盐、硫酸盐或有机胺中的一种或多种；和所述减水剂选自木质素磺酸盐、水溶性树脂磺酸盐或多环芳香树脂减水剂中的一种或多种。

根据本发明的保温板，优选地，所述水泥为铝酸盐水泥；所述纤维选自玻璃纤维或石棉纤维；所述发泡剂为双氧水；所述稳泡剂选自硅酮酰胺、十二烷基二甲基氧化胺、烷基醇酰胺、聚丙烯酰胺或聚乙烯醇；所述早强剂为三乙醇胺；且所述减水剂为木质素磺酸镁、木质素磺酸钙或木质素磺酸钠。

根据本发明的保温板，优选地，所述硅酸钙板材不含有高分子树脂。

根据本发明的保温板，优选地，所述保温板的密度为200～300kg/m³，抗压强度≥0.8MPa，体积吸水率≤6％，导热系数≤0.038W/m·k，且防火等级为A1级。

本发明还提供上述保温板的制备方法，包括如下步骤：

(1)将石墨烯分散于一部分的水中形成石墨烯纳米分散体；

(2)将稳泡剂、减水剂和早强剂加入预混机中，混合均匀形成预混料；

(3)将水泥、纤维、预混料、石墨烯纳米分散体和余量的水加入搅拌机中，混合均匀形成净浆；

(4)将发泡剂加入所述净浆中，搅拌均匀，浇筑到模具中发泡，经过脱模和养护得到保温板。

根据本发明的制备方法，优选地，在步骤(3)中，将石墨烯纳米分散体、预混料、纤维和水混合均匀，然后加入水泥混合均匀。

根据本发明的制备方法，优选地，所述发泡的时间为18～28h，所述养护的时间为7～28天。

本发明的保温板以无机材料为主要成分。本发明通过在保温板原料中增加石墨烯，可以有效降低保温板的导热系数，起到良好的保温效果。本发明的石墨烯颗粒还作为有效的成核剂，从而提高保温板的抗压强度。根据本发明优选的技术方案，将铝酸盐水泥与石墨烯巧妙结合，可以显著改善保温板的综合性能。此外，本发明的制备方法过程简单，易于操作及工业生产。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

本发明的保温板以无机材料为主要成分，这样的板材可以尽量减少高分子材料的使用，从而改善板材的阻燃性能和力学性能。所谓主要成分，表示保温板中的无机材料含量在60wt％以上，优选为70wt％以上，更优选为85wt％以上。

本发明的保温板添加适量的石墨烯。本发明的石墨烯可以采用常规方法获得。例如，将可膨胀鳞片石墨经Hummers法获得石墨烯。本发明的石墨烯不限于Hummers法石墨烯，还可以是化学气相沉积、SiC外延生长、电化学、机械剥离等方法获得石墨烯。

<保温板>

本发明的保温板，该保温板以无机材料为主要成分，并且采用包括如下组分的原料制得：

水泥100重量份，

石墨烯1～7重量份，优选为5～6重量份；

水30～100重量份，优选为50～80重量份；

纤维2～10重量份，优选为5～8重量份；

发泡剂4～10重量份，优选为6～9重量份；

稳泡剂1～5重量份，优选为2～5重量份；

早强剂0.5～1.5重量份，优选为0.6～0.8重量份；和

减水剂0.1～2重量份，优选为0.5～1重量份。

将原料中的各个组分控制在上述范围，可以使得石墨烯的作用充分发挥。石墨烯颗粒作为成核剂，可以促进水泥基体泡孔成核，有效控制泡孔稳定性，从而改善保温板的抗压强度。石墨烯具有层状结构，可以有效降低保温板的导热系数，起到良好的保温效果。

根据本发明的一个具体实施方式，本发明的保温板以无机材料为主要成分，并且采用包括如下组分的原料制得：水泥100重量份，石墨烯5重量份，水60～70重量份，纤维5重量份，发泡剂7重量份，稳泡剂3重量份，早强剂0.8重量份，和减水剂0.6重量份。

在本发明中，所述水泥可以选自硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥、磷酸盐水泥中的一种或多种。作为优选，本发明的水泥选自铝酸盐水泥。本申请发现，将铝酸盐水泥和石墨烯配合使用，可以显著改善保温板的综合性能。

在本发明中，所述纤维可以选自石膏纤维、木质纤维、纤维素纤维、聚丙烯纤维、玻璃纤维或石棉纤维中的一种或多种；优选地，所述纤维为玻璃纤维或石棉纤维。从提高保温板的综合性能的角度考虑，玻璃纤维是更优选的。

本发明的发泡方式可以是物理发泡或者化学发泡，优选的是化学发泡。化学发泡采用的发泡剂可以选自双氧水、碳酸氢钠、碳酸铵、偶氮甲酰胺或偶氮二异丁腈中的一种或多种；优选为双氧水。将石墨烯和双氧水配合，可以改善保温板的强度，并且有利于石墨烯的均匀分散。

在本发明中，所述稳泡剂可以选自硅酮酰胺、十二烷基二甲基氧化胺、烷基醇酰胺、聚丙烯酰胺、聚乙烯醇、纤维素、蛋白质中的一种或多种。本发明的蛋白质可以为动物蛋白或植物蛋白。本发明的稳泡剂可选自硅酮酰胺、十二烷基二甲基氧化胺、聚乙烯醇；更优选为硅酮酰胺。采用上述所述稳泡剂，有利于改善保温板的强度和保温性能。

在本发明中，所述早强剂可以选自氯盐、硫酸盐或有机胺中的一种或多种。氯盐早强剂包括氯化钙、氯化钾、氯化铝等。硫酸盐早强剂包括硫酸钠、硫代硫酸钙、硫酸铝等。有机胺早强剂包括三乙醇胺或三异丙醇铵；优选三乙醇胺。将三乙醇胺与石墨烯配合，可以进一步改善保温板的强度。

在本发明中，所述减水剂可以选自木质素磺酸盐、水溶性树脂磺酸盐或多环芳香树脂减水剂中的一种或多种。本发明的木质素磺酸盐减水剂包括但不限于木质素磺酸镁、木质素磺酸钠、木质素磺酸钙等。水溶性树脂磺酸盐包括但不限于三聚氰胺甲醛树脂、磺化古玛隆树脂等。多环芳香树脂减水剂可以为萘系高效减水剂等。从改善保温板综合性能的角度考虑，所述减水剂优选为木质素磺酸镁、木质素磺酸钠或木质素磺酸钙。

根据本发明的一个具体实施方式，所述水泥为铝酸盐水泥；所述纤维选自玻璃纤维或石棉纤维；所述发泡剂为双氧水；所述稳泡剂选自硅酮酰胺、十二烷基二甲基氧化胺、烷基醇酰胺、聚丙烯酰胺或聚乙烯醇；所述早强剂为三乙醇胺；且所述减水剂为木质素磺酸镁、木质素磺酸钙或木质素磺酸钠。采用上述原料，可以使得石墨烯的作用得以更加充分的发挥，从而使得保温板的综合性能更好。

根据本发明的一个具体实施方式，本发明的保温板以无机材料为主要成分，并且采用包括如下组分的原料制得：铝酸盐水泥100重量份，石墨烯5重量份，水60～70重量份，玻璃纤维5重量份，双氧水7重量份，硅酮酰胺3重量份，三乙醇胺0.8重量份，和木质素磺酸钠0.6重量份。

在本发明中，所述保温板不含有高分子树脂，例如聚苯乙烯类树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂等。尽管这些高分子树脂常用于保温材料，但是其会影响石墨烯更加充分地发挥作用，不利于保温板的强度提高。

本发明的石墨烯的纯度可以不小于98％，宽度可以小于等于15μm，厚度可以为1～3nm。根据本发明的一个实施方式，本发明的石墨烯的纯度为99％以上，宽度为3～8μm，厚度为2nm。这样的石墨烯更加有利于改善保温板的强度和保温性能，还可以降低吸水率。

本发明的保温板的密度为200～300kg/m³，优选为220～300kg/m³；抗压强度≥0.8MPa，优选为≥0.81MPa；体积吸水率≤6％，优选为≤5.8％；导热系数≤0.038W/m·k，优选为≤0.036W/m·k；且防火等级为A1级。

<制备方法>

本发明的保温板可以采用如下制备方法进行制备：

(1)将石墨烯分散于一部分的水中形成石墨烯纳米分散体；

在本发明的步骤(1)中，可以采用常规的方法将石墨烯分散。例如将石墨烯和水混合，然后进行超声波分散，从而获得分散均匀的石墨烯纳米分散体。石墨烯的用量如前所述，这里不再赘述。

在本发明的步骤(2)中，混合的顺序并没有特别限制，只要能够将这些原料混合均匀即可。稳泡剂、减水剂和早强剂的种类和用量如前所述，这里不再赘述。

在本发明的步骤(3)中，将水泥、纤维、预混料、石墨烯纳米分散体和余量的水加入搅拌机中，混合均匀形成净浆。作为优选，将石墨烯纳米分散体、预混料、纤维和余量的水混合均匀，然后加入水泥混合均匀。本发明发现，这样的混合方式更加有利于将石墨烯和水泥混合均匀，从而改善保温板的综合性能。

在本发明的步骤(4)中，将发泡剂加入所述净浆中，搅拌均匀，浇筑到模具中发泡，经过脱模和养护得到保温板。例如，向净浆中加入发泡剂并搅拌均匀，浇筑到模具中。浇筑之前，模具应先完成刷脱模剂工序，确保模具的每个角落都刷到。浇筑完成后立即将模具放入养护室进行发泡，发泡完成后脱模。脱模后进一步养护，养护期间要保持产品表面潮湿，确保产品达到最终强度。根据本发明的一个实施方式，所述发泡的时间为18～28h，所述养护的时间为7～28天。作为优选，所述发泡的时间为20～24h，所述养护的时间为10～15天。

以下实施例和对比例中的“重量份”表示重量份，除非特别声明。

以下实施例和对比例中的石墨烯的纯度不小于98％、宽度小于等于15μm、厚度1～3nm，水泥为铝酸盐水泥，纤维为玻璃纤维，发泡剂为双氧水，稳泡剂为硅酮酰胺，早强剂为三乙醇胺，减水剂为木质素磺酸钠。

以下实施例和对比例中的成品采用如下方法进行测试：

密度、抗压强度、体积吸水率采用JG/T 159-2004进行测定；导热系数采用GB/T10294-2008进行测定；燃烧性能采用GB/T 8624-2012进行测定。

实施例1

(1)将石墨烯5重量份与水20重量份混合，超声波处理得到石墨烯纳米分散体备用。

(2)将稳泡剂3重量份、早强剂0.8重量份和减水剂0.6重量份加入预混机中，搅拌形成预混料。

(3)将步骤(1)的石墨烯纳米分散体、纤维5重量份、预混料4.4重量份和水60重量份加入搅拌机中，搅拌20min，再加入铝酸盐水泥100重量份，搅拌形成净浆。

(4)将发泡剂7重量份加入步骤(3)的净浆中，搅拌均匀，浇筑到模具中。浇筑之前，模具应先完成刷脱模剂工序，确保模具的每个角落都刷到。浇筑完成后，立即将模具放入养护室进行发泡，24h后脱模，脱模后进一步养护10天，养护期间须保持产品表面潮湿。

脱模后制得的石墨烯改性保温板的密度为228kg/m³，抗压强度为0.81MPa，导热系数为0.035W/m·K，体积吸水率为5.7％，保温板为A1级不燃材料。

比较例1

(1)将稳泡剂3重量份、早强剂0.8重量份和减水剂0.6重量份加入预混机中，搅拌形成预混料。

(2)将纤维5重量份、预混料4.4重量份和水60重量份加入搅拌机中，搅拌20min，再加入铝酸盐水泥100重量份，搅拌形成净浆。

(3)将发泡剂7重量份加入步骤(2)的净浆中，搅拌均匀，浇筑到模具中。浇筑之前，模具应先完成刷脱模剂工序，确保模具的每个角落都刷到。浇筑完成后，立即将模具放入养护室进行发泡，24h后脱模，脱模后进一步养护10天，养护期间须保持产品表面潮湿。

脱模后制得的保温板的密度为152kg/m³，抗压强度为0.76MPa，导热系数为0.039W/m·K，体积吸水率为8.2％，保温板为A1级不燃材料。

本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员可以想到的任何变形、改进、替换均落入本发明的范围。

Claims

1.一种保温板，其特征在于，该保温板以无机材料为主要成分，并且采用包括如下组分的原料制得：

水泥100重量份，

石墨烯1～7重量份，

水30～100重量份，

纤维2～10重量份，

发泡剂4～10重量份，

稳泡剂1～5重量份，

早强剂0.5～1.5重量份，和

减水剂0.1～2重量份；

其中，所述石墨烯的纯度不小于98％，宽度为3～8μm，厚度为1～3nm；所述的纤维为玻璃纤维或石棉纤维；所述水泥为铝酸盐水泥；所述发泡剂为双氧水；所述稳泡剂选自硅酮酰胺、十二烷基二甲基氧化胺、烷基醇酰胺、聚丙烯酰胺或聚乙烯醇；所述早强剂为三乙醇胺；且所述减水剂为木质素磺酸镁、木质素磺酸钙或木质素磺酸钠；

其中，所述保温板的密度为220～300kg/m³，抗压强度≥0.8MPa，体积吸水率≤6％，导热系数≤0.038W/m·K，且防火等级为A1级。

2.根据权利要求1所述的保温板，其特征在于，该保温板采用包括如下组分的原料制得：

水泥100重量份，

石墨烯5～6重量份，

水50～80重量份，

纤维5～8重量份，

发泡剂6～9重量份，

稳泡剂2～5重量份，

早强剂0.6～0.8重量份，和

减水剂0.5～1重量份。

3.根据权利要求1所述的保温板，其特征在于，所述保温板不含有高分子树脂。

4.根据权利要求1所述的保温板，其特征在于，该保温板由如下组分的原料制得：铝酸盐水泥100重量份，石墨烯5重量份，水60～70重量份，玻璃纤维5重量份，双氧水7重量份，硅酮酰胺3重量份，三乙醇胺0.8重量份和木质素磺酸钠0.6重量份。

5.根据权利要求1～4任一项所述的保温板的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将石墨烯分散于一部分的水中形成石墨烯纳米分散体；

6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，在步骤(3)中，将石墨烯纳米分散体、预混料、纤维和余量的水混合均匀，然后加入水泥混合均匀。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述发泡的时间为18～28h，所述养护的时间为7～28天。

8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于：

(1)将石墨烯5重量份与水20重量份混合，超声波处理得到石墨烯纳米分散体；

(2)将稳泡剂3重量份、早强剂0.8重量份和减水剂0.6重量份加入预混机中，搅拌形成预混料；

(3)将步骤(1)的石墨烯纳米分散体、纤维5重量份、步骤(2)的预混料4.4重量份和水60重量份加入搅拌机中，搅拌20min，再加入铝酸盐水泥100重量份，搅拌形成净浆；

(4)将发泡剂7重量份加入步骤(3)的净浆中，搅拌均匀，浇筑到模具中；浇筑之前，模具应先完成刷脱模剂工序，确保模具的每个角落都刷到；浇筑完成后，立即将模具放入养护室进行发泡，24h后脱模，脱模后进一步养护10天，养护期间须保持产品表面潮湿。